变频器功率单元基本原理及常见故障分

功率单元基本原理及常见故障分析

第一部分 功率单元基础知识及基本原理

一、功率单元基础知识 1．什么是功率单元

功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件。 功率单元是构成高压变频器主回路的主要部分。 2．我公司功率单元的型号定义

PC ×××

罗马数字： IGBT的额定电流值 功率单元（英文Power Cell的简写 ） 例如：PC100表示配置IGBT 额定电流为100A的功率单元。 3. 功率单元上主要电力电子器件简介

1）整流桥

其作用是整流（将交流变成直流）。我公司使用的整流桥内部封装形式有以下两种，图1所示的封装内部有6只整流二极管，用在功率单元的三相输入端；图2所示的封装内部有2只整流二极管，用在功率单元的三相输入端以及旁通回路中。

图1 封装6只整流二极管的整流桥模块

图2 封装2只整流二极管的整流桥模块

目前我公司使用的整流桥品牌有： Semikron 、Eupec； 使用的整流桥电压等级有：1400V、1800V； 例如：SKD62/18、SKKD260/14。 2）可控硅

可控硅使用在充电电路和旁通回路上，均起“开关”作用。我公司使用的可控硅内部

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封装形式如图3所示：

目前我公司使用的可控硅品牌有：Semikron； 使用的可控硅电压等级有：1400V、1800V； 例如：SKKH57/18E、SKKT210/14E。

3）电解电容

其作用是对整流桥整流后的直流进行滤波。

图3 可控硅模块

目前我公司使用的电解电容品牌有：NICHICON（日本）、BHC（英国）、CDE（美国）。 使用的电压等级有： 400V。

使用的容量有3300uF、6800uF、10000uF。 4) IGBT

其作用是逆变（将直流变为交流）。我公司目前使用的IGBT大部分为“双管”（内部

封装了两组IGBT模块），内部封装示意图如图4所示：

目前我公司使用的IGBT品牌有：Eupec、Semikron； 使用的IGBT电压等级有：1200V、1700V；

使用的IGBT电流等级有：75A、100A、150A、200A、300A、400A等； 例如：BSM100GB170DLC、FF400R12KE3。 二、功率单元拓扑结构

1．主回路拓扑结构 如图5所示。

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图4 IGBT模块封装示意图

2、旁通回路拓扑结构

3、IGBT主回路旁通技术 如图7所示：

图7 IGBT主回路旁通示意图

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图5 功率单元主回路拓扑结构图

如图6所示。

图6 旁通回路拓扑结构图

三、功率单元板件介绍

1．单元电源板 板件作用：

从功率单元直流母线上取电，输出24V直流电源供单元控制板使用。

板件接口：

输入接口：接功率单元正、负直流母线 输出接口：24VDC输出，接单元控制板

2．单元控制板 板件作用：

1) 接收主控系统信号，给驱动板提供控制信号； 2) 进行实时故障监测，向主控系统上报故障信息； 3) 给单元驱动板供电。

板件接口：

1) 光纤接口：与主控系统进行通信； 2) 24V电源输入接口：与电源板连接；

3) 驱动信号（Top1、Top2、/Lock）接口：与驱动板连接； 4) 15V电源输出接口：与驱动板连接，为驱动板供电； 5) 过压、欠压检测接口：与单元正负母线连接； 6) 缺相检测接口：接熔断器辅助开关； 7) 过热检测接口：接温度检测开关；

8) 上电可控硅驱动信号接口：接上电可控硅门极； 9) 旁通可控硅驱动信号接口：接旁通可控硅门极； 10) 旁通OK信号检测接口：接旁通OK板。

3．单元驱动板 板件作用：

接收单元控制板的控制信号，为单元上的四路IGBT提供驱动信号，同时对驱动故障进行监测，上报单元控制板。

板件接口：

1) 15V电源输入接口：接单元控制板；

2) 输入信号（Top1、Top2、/Lock）：接单元控制板； 3) 输出信号（ERRout）：接单元控制板；

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4) 输出信号（TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT驱 动信号）：分别接TOP1 、BOT1、TOP2、

BOT2路IGBT的C、G、E极。 4．旁通OK板 板件作用：

在单元控制板发出旁通信号以后，对旁通回路进行检测，检测信号输入单元控制板。

板件接口：

输入接口：接旁通可控硅A、K极； 输出接口：接单元控制板。

第二部分 功率单元常见故障分析

现对功率单元部分的主要故障及其对策介绍如下： 一、单元驱动故障

（一）检测目的

防止单元在驱动电路有故障、IGBT有故障、外部短路或过流状态下工作，造成故障进一步扩大。

（二）故障原因及对策

★ 原因1：单元输出过流或单元外部出现短路情况。

对策：查看负载有无故障，参数设置是否合理。 ★ 原因2：IGBT损坏。

对策：检查IGBT，更换损坏的器件。

★ 原因3：IGBT与单元驱动板之间的接线错误或者松动。

对策：检查接线，确保接线正确无误，牢固可靠。 ★ 原因4：单元驱动板上的输入电源电压低于12V。

对策：检查测试单元控制板上的电源输出，做相应处理。

二、单元通信故障（下行通信故障）

（一）检测目的

当单元与主控之间不能正常进行通讯时，进行停机处理。 （二）故障原因及对策

★ 原因1：单元电源板故障导致无输出或输出电压低于22V。 对策：更换单元电源板。

★ 原因2：输入端熔断器全部损坏造成单元母线上没电。

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